1、第二节植物细胞工程的应用1简述应用植物细胞工程技术的植物繁殖新途径。2简述植物细胞工程技术在作物新品种培育中的应用。(重、难点)3列表比较作物繁殖的几种新途径。(重点)4列表比较单倍体育种与其他一些育种方式。(重点)5简述细胞产物的工厂化生产。知识点一| 植物组织培养技术的应用1快速繁殖(1)植物组织培养技术的优点：可以保持优良植物品种的遗传特性；实现种苗高效、快速繁殖，被称为“快速繁殖技术”；不受季节和恶劣天气影响。(2)微型繁殖技术的概念植物组织培养时，需严格执行一定的程序，幼苗在实验室的培养瓶中生长发育，整个生产过程实现微型化、精密化，所以又被称为“微型繁殖技术”。2培育无病毒植物(1)
2、病毒危害：病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量和品质下降。(2)方法：采用培养茎尖生长点的方法或结合热处理法，通过组织培养除去绝大多数植物的病毒，可以大量繁殖无病毒植物。原因是植物分生组织细胞中极少含有病毒甚至不含病毒。3人工种子(1)概念：将在植物组织培养中得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包埋在具有养分和保护功能的包被中，得到的在适宜条件下能生根发芽的颗粒体。(3)生产过程植物组织培养诱导胚状体的发生；胚胎发育同步化的控制；人工种皮的包埋。(4)优点不受环境因素的制约，一年四季都可以进行工厂化生产；繁殖速度快，可短时间内提供大量种苗；有利于保存该品系的优良性状。资料1目前，一些优良的观
3、赏植物、经济林木等都已经实现了利用微型繁殖技术来提供苗木。兰花、生菜、杨树以及无子西瓜的试管苗，都已形成一定规模的产业化生产。资料2作物感染病毒后，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。20世纪50年代，科学家切取一定大小的植物分生区(如茎尖)进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。资料320世纪80年代，科学家利用植物的组织培养技术制造出了神奇的人工种子。目前，我国的科学工作者已经成功地把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子，并得到了较高的发芽率。探讨：从所需条件上来看，微型繁殖与传统育种方法相比有哪些优点？提示：微型繁殖是在具有一定人工设施的
4、室内生产，可以不受季节、气候等自然条件的限制。探讨：对作物脱毒，选择分生区的原因是什么？提示：植物的分生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。探讨：人工种子的胚状体和植物种子的胚在来源上有何区别？提示：人工种子的胚状体是无性生殖的结果，种子中的胚是有性生殖的结果。探讨：人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分。人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？提示：(1)针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂(人工种皮)中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。(2
5、)为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。1微型繁殖技术(1)优点植物组织培养技术是无性繁殖技术，新植株含有的遗传物质与亲本一样，因而能保持亲本的优良性状。利用这种技术可以迅速大量地培育新个体，有利于进行工厂化生产。选材少、培养周期短、繁殖率高，便于自动化管理。(2)获取方法：植物组织培养。(3)本质：微型繁殖只运用了植物组织培养技术，该过程只涉及有丝分裂，没有减数分裂，因而属于无性繁殖。(4)实例：优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物。2培育无病毒植物(1)病毒的特点：病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、茎无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒
6、并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。(2)原理：生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染，从而导致品种的严重退化、减产和品质降低。利用植物分生组织(刚刚产生，病毒很少甚至无病毒)进行植物组织培养可以使新长成的植株脱去病毒。(3)材料的选取：据检测，植物的分生组织细胞中一般不含病毒或病毒极少。如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量和品质。(4)优点：获得高产、优质的无病毒植株。(5)获取方法：植物组织培养。(6)实例：脱毒马铃薯比未经脱毒的马铃薯增产50%以上。3人工种子(1)组成图示：胚状体：人工种子的主要成分，也
7、可以是不定芽、顶芽和腋芽等。人工种皮的要求。a能保持胚状体的活力，即要能透气、透水，含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等。b有利于贮藏、运输和萌发，选取的材料要有韧性，耐压，对胚状体无毒害。c应含有农药和杀菌剂，以防播种后害虫及微生物的侵害。d还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。人工胚乳的要求。主要成分应该含有无机盐、糖类和蛋白质等营养物质。(2)优点解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。固定杂种优势。天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变，而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性。快捷高效的繁殖方式。天然种
8、子在生产上受季节的限制，一般每年只能繁殖12次，有些甚至十几年才繁殖一次，而人工种子生产不受季节限制，且快捷高效。可控制植物的生长发育与抗逆性。针对植物种类和土壤条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等，可控制植物的生长发育和增强抗逆性。(3)获取方法：植物组织培养。(4)实例：已成功把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子，并得到了较高的发芽率。特别提醒(1)人工种子中，只有胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽)部分是植物组织培养的产物。(2)天然种子会因有性生殖而引起基因重组，造成某些遗传性状的改变，而人工种子实际是无性繁殖，所以可以保持
9、优良品种的遗传特性。1下面为人工种子图示，下列与其培育过程有关的叙述中，错误的是()A人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得B胚状体是由愈伤组织分化而成，离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性C同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型D胚状体是由未分化的、具有分裂能力的细胞构成的【解析】人工种子是通过植物组织培养到胚状体阶段，再经过人工薄膜包装得到的。由于植物组织培养属于无性繁殖，因此同一批次生产的人工种子基因型相同。胚状体已具有根、芽的分化，但仍具有分裂能力。【答案】D2下面为番茄植物组织培养过程的流程图解。以下相关叙述不正确的是()A脱分化发生在b步骤，形成愈伤组织，在此过程
10、中植物激素发挥了重要作用B再分化发生在d步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程C从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞具有全能性D人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题【解析】从图中分析可知，b代表的是脱分化，在此过程中发挥作用的植物激素有生长素和细胞分裂素，A正确；c表示再分化，即由愈伤组织形成胚状体，B错误；由体细胞形成完整的植株，体现了植物细胞的全能性，因为其具有本物种全部的遗传信息，C正确；人工种子是一种人工制造的代替天然种子的颗粒体，可以直接播种于田间。特点：周期短，易储存和运输，完全保持优良品种的遗传特性，不受气候和地域的限制。D正确。【答案】B
11、知识点二| 植物细胞培养技术的应用1植物细胞代谢产物的工厂化生产(1)植物细胞在生命活动中产生的多种代谢产物是植物生长到一定阶段产生的化学物质，也称次生代谢产物。(2)细胞代谢产物包括药用原料、食品添加剂、保健食品。2单倍体育种(1)方法：花药离体培养单倍体植株秋水仙素处理纯合子植株。(2)优点：后代是纯系(填“纯系”或“杂合系”)，能稳定遗传。明显缩短了育种周期。资料1常规选育出一个可以稳定遗传的农作物优良品种，一般要经过56年的连续筛选。而单倍体育种极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力物力。单倍体育种已成为作物育种的一条新途径。资料2在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分
12、生状态，因此容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。突变体的利用过程如图所示：探讨：请以流程图的形式表示出单倍体育种过程。提示：亲本F1花药单倍体幼苗纯合子选择所需类型。探讨：单倍体育种过程所依据的原理和涉及的生物学技术分别是什么？提示：原理是染色体变异和细胞的全能性，该过程主要利用植物组织培养技术。探讨：为什么在培养至愈伤组织时进行诱变处理？提示：愈伤组织细胞分裂旺盛，不断进行DNA分子的复制，此时易发生基因突变。探讨：诱导分化得到的突变体都是有用的吗？为什么？提示：多数有害，少数有利。因为基因突变具有多害少利性。探讨：单倍体育种和突变体育种的原理相同吗？为什么？提示：不相同。单倍体育种
13、的原理是染色体变异，而突变体育种的原理是基因突变。1植物组织培养与植物细胞培养的比较植物组织培养植物细胞培养利用原理细胞全能性细胞增殖培养基固体培养基液体培养基培养对象离体的植物器官、组织、细胞或原生质体由愈伤组织分散得到的悬浮细胞培养过程外植体脱分化再分化芽、根植物幼苗愈伤组织分散成悬浮细胞继代培养细胞次生代谢产物培养目的植物幼苗细胞的次生代谢产物二者关系植物组织培养是植物细胞培养的基础；它们都属于植物细胞工程的范畴2.细胞产物的工厂化生产(1)细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱、食品添加剂、保健食品等。(2)过程外植体愈伤组织细胞悬液细胞产物(3)举例：工厂化生产人参皂苷。
14、过程：人参根愈伤组织选择增殖速度快且细胞内人参皂苷含量高的细胞分裂出更多的细胞人参皂苷优点：提高生产速度、便于操作管理。(4)其他实例：三七、紫草和银杏的细胞产物的工厂化生产。3单倍体诱导与利用(1)单倍体植株的特点：叶小、株矮、生活力弱且高度不育。(2)技术：花药离体培养和秋水仙素处理。(3)原理：细胞的全能性和染色体变异。(4)过程：(5)秋水仙素的作用：抑制纺锤体的形成，着丝点分裂形成的子染色体不能分配到两极形成2个细胞，从而染色体加倍。(6)优点：单倍体经过染色体加倍，获得的后代为纯合子，可明显缩短育种年限(一般为2年)。用单倍体作为转基因的受体，获得的转基因材料经染色体加倍后基因即可
15、纯合，避免了体细胞作为受体导致后代发生性状分离需要多代选择的麻烦。1下面的简式表示植物组织培养的大致过程，据此判断不正确的是()A若是具有杂种优势的农作物细胞，则用进行繁育会发生性状分离B若是花粉，则是单倍体植株，经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种C若是人参细胞，对进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量D若是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，则可能有不同植物的遗传特性【解析】图示表示植物组织培养过程，其中是外植体、是脱分化形成的愈伤组织(高度液泡化，无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松、无规则的组织)、是再分化形成的胚状体、是新植体。只有杂合子才会发生性状分离，而具有杂种优势的农作物细胞也可能是
16、纯合子，所以用进行繁育不一定会发生性状分离，A错误；若是花粉，则是花药离体培养形成的单倍体植株，其高度不育，但经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种，B正确；若是人参细胞，则将其脱分化形成愈伤组织，再进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量， C正确；若是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，则其含有两个亲本的遗传物质，所以可能出现不同植物的遗传特性，D正确。【答案】A2(2019全国卷)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。 回答下列问题。(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有_。(2)步骤切取的组织块中要带有形成
17、层，原因是_。(3)从步骤到步骤需要更换新的培养基，其原因是_。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的_过程，最终可形成试管苗。(4)步骤要进行照光培养，其作用是_。(5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的_，这种繁殖方式属于_繁殖。【答案】(1)全能性(或答：形成完整植株所需的全部基因)(2)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同分化(或答：再分化)(4)诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用(5)遗传特性无性课堂小结知识网络构建核心语句归纳1.植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗
18、的大量繁殖。2植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒，因此用分生区组织进行组织培养，再生的植株就不会或极少感染病毒。3人工种子就是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。4单倍体育种通过花药培养获得单倍体植株，染色体加倍后当年便可获得稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限。5利用植物细胞培养技术可以生产具有生理活性的植物细胞次生代谢产物。1植物的微型繁殖技术是指()A植物体细胞杂交技术B嫁接C营养繁殖D植物组织培养【解析】植物的微型繁殖技术是指快速高效繁殖优良品种的植物组织培养技术。【答案】D2用植物组织培养技术，可以培养或生产出()A食品
19、添加剂B无病毒植物C人工种子D前三项都是【解析】通过植物组织培养技术，可以工厂化生产食品添加剂等细胞产物，也可以生产人工种子和培育脱毒苗。【答案】D3工厂化生产人参皂苷干粉，下列哪种技术是必需的()A杂交育种B植物组织培养C多倍体育种D单倍体育种【解析】对人参皂苷干粉进行工厂化生产，必须先通过植物组织培养获得人参皂苷含量高的细胞株，然后进行大规模发酵生产。【答案】B4将一粒花粉培育成幼苗，将它的茎尖用秋水仙素处理，长大后该植物正常开花结果。该植株中哪一部位细胞的染色体数目与其他部位不同？()A根细胞B叶细胞C茎细胞D子房壁细胞【解析】茎尖用秋水仙素处理后染色体数目加倍，由茎尖发育的细胞(叶、茎、子房壁细胞)染色体数目都加倍，而根的染色体数目则无变化。【答案】A5马铃薯利用块茎进行无性生殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是()A选择优良品种进行杂交B进行远缘植物体细胞杂交C利用茎尖进行组织培养D人工诱导基因突变【解析】马铃薯种植世代多了以后往往因感染病毒而减产，而不是遗传物质变化造成的，因此不需要考虑根据遗传变异的原理进行育种。其茎尖几乎不含病毒，可以通过组织培养获得脱毒苗。【答案】C
